开题报告_基于单片机电冰箱控制系统设计

温控

单片机

报警

1.文献综述

1.1

电冰箱温度控制系统介绍

压缩机

蒸发器

冷凝器

毛细管

干燥过滤器

图1

电冰箱温控原理图

按温控方式分类：

（1）机械温控：

机械温控是指由机械方式调节冰箱制冷的一种温控方式这种方式应用较早系统较为简单,采用电子感温头控制箱内温度的电子温控方式,其温度控制器较为灵敏。（机械单温单控冰箱、机械双温单控冰箱、机械双温双控冰箱）

旋钮上的数字是温控器的档位,不代表具体温度值:“0”度为停机工作;从“1”到“7”，数字越大，箱内温度越低，调整的数字愈小，说明压缩机工作时间愈短；数字愈大，压缩机工作时间愈长。当然，压缩机工作时间短，冰箱内的温度就高一些，压缩机工作时间长，冰箱内的温度就低一些。冰箱数字越高冰箱内温度就越低[1]。

（2）电子温控：

利用电子感温探头控制箱内温度，控制灵敏、温度精确，但控制系统没有综合功能，不具备人工智能。直冷系统为单循环，不能分别调节冷藏室和冷冻室的温度。智能模糊控制并显示温度，无法人工调节精确控制温度。（电子双温单控冰箱、电子双温双控冰箱、电子双温多控冰箱）

电冰箱的电子温控器采用负温度系数(NTC)热敏电阻Rt1,Rt2作为感温元件。电冰箱压缩机的开停由冷藏室的温度控制,Rt1

(

冷藏室热敏电阻)

为冷藏室温度传感器,Rt1和Rt2组成分压器,随着冷藏室温度的变化,电阻电压随之改变。从而达到了电冰箱温控定温复位的要求.

改变电阻参数,即可改变开、停机温度特性,满足不同用户的要求[2]。

（3）电脑温控：

整个系统由电脑控制，温度稳定、精确。带电磁阀的冰箱有双循环回路，双温双控，能分别调节冷藏室、冷冻室的温度。控制系统具有人工设定精确控制到每一度。（电脑双温单控冰箱、电脑双温双控冰箱、电脑双温多控冰箱）

如双温双控制冷系统工作过程是这样的:接通电源后,因冷藏室温度高于其设定温度,冷藏室温度控制器处于闭合状态,电磁阀断电,压缩机工作。制冷剂经由下毛细管进入蒸发器,冷藏室、冷冻室同时制冷。当冷藏室温度达到设定要求时,若冷冻室仍未达到设定温度,则冷藏室温度控制器断开,同时接通电磁阀,电磁阀换向,关闭下毛细管通道,接通上毛细管通道因冷冻室温度控制器仍处于闭合状态,压缩机继续运转,制冷剂由上毛细管进入冷冻室蒸发器,冷冻室继续进行制冷。直到冷冻室也达到设定温度后,冷冻室温度控制器也断开,压缩机才停止工作[3]。

（4）双温单控

在冷藏室或冷冻室，放一感温探头来感受冷藏室或冷冻室的温度，并采用一根毛细管同时控制冷藏室和冷冻室，通过控制器将这些温度与案件输入的温度值进行运算比较，通过控制压缩机的开庭来控制冷藏室，冷冻室的温度。

美菱

BCD-186DHA冰箱就是属于双温单控一类的。与普通直冷冰箱不同的是，双毛细管系统中多了一个电磁阀控制制冷剂的流向。从压缩机出来的制冷剂气体经过冷凝器的冷凝后，进入三通电磁阀，该电磁阀根据微电脑的指令控制制冷剂的流向。当冷藏、冷冻室都需要制冷时，电磁阀不通电，制冷剂通过毛细管进入冷藏室蒸发器，然后再进入冷冻室蒸发器，两个间室同时制冷。

（5）智能温控

随着对电冰箱在节能、环保、舒适等方面的要求不断提高,越来越多的智能控制技术引入到电冰箱中。嵌入式智能家用电器也简称为智能家用电器。在这种家用电器中,人机界面友好方便,由单片机对家用电器的基本功能进行控制,同时还模拟人的智能活动过程。在控制过程中结合各种智能活动进行必要的处理,大大提高了家用电器的品质和性能,产生了更加优秀的控制效果,使人们得到更理想的服务[4-6]。

1.2

DS18B20温度传感器

DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一款智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。可以分别在93.75~750ms内完成9~12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根线读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无须额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。它在测温精度，转换时间，传输距离，分辨率等方面都给用户的使用带来了方便，效果也更令人满意[7]。

图2

DS18B20引脚图

1.3液晶显示1602字符型LCD

此次毕业设计当中，我所选用的1602LCD显示器的型号是16脚带背光的型号。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的1602字符型液晶显示器为例，介绍其用法。一般1602字符型液晶显示器实物如图3-6所示：

图3

1602字符型液晶显示器实物图

(1)1602LCD主要技术参数：

显示容量:16×2个字符

芯片工作电压:4.5—5.5V

工作电流:2.0mA(5.0V)

模块最佳工作电压:5.0V

字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm

(2)引脚功能说明

第1脚：VSS为地电源。

第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，使用时可以通过一个10K的电位器

调整对比度。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R

/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。

第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时液晶模块执行命令。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。

第15脚：背光源正极。

第16脚：背光源负极[8]。

1．4键盘

在本次毕业设计中，用到的按键数为4，分别代表了上下选择键，功能选择键和启动键.。当按键合上时，P1.0为低电平；当按键断开时，P1.0为高电平。

图4

按键

1．5光电耦合器件

光耦合器MOC3083（opticalcoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。其实物图见图5所示[9]。

图5

MOC3063实物图

1．6

直流电源模块

单片机工作的电压是5V的直流电，所以我们要为单片机供应持续不变的直流电信号，这样才能保证单片机工作的稳定，以及单片机在处理数据上的持续性。单片机在工作时由时钟频率决定其输出波形。从市用的普通交流电出发，我们可以设计出给单片机供电的电源电路。

首先把交流电接入小型变压器，把220V的交流电变成15V的交流电，然后经过整流桥整流，滤波电路滤波，可以得到接近12V的直流电压，再经过7805的集成稳压片，就可以得到5V的直流电了。当然有时候要采用小型蓄电池作为最初的电源，我们把7805的电路另作一个模块放在一边备用[10-11]。

图6

直流电源内部电路图

1.7

ADC0809

ADC0809就是一种CMOS单片逐次逼近式A/D转换器，

其内部结构如图2所示。该芯片由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等电路组成。因此，

ADC0809可处理8路模拟量输入，

且有三态输出能力。该器件既可与各种微处理器相连，

也可单独工作。其输入输出与TTL

兼容。

ADC0809是8路8位A/D转换器(即分辨率8位)，具有转换起停控制端，

转换时间为100μs采用单＋5V电源供电，

模拟输入电压范围为0～＋5V，

且不需零点和满刻度校准，

工作温度范围为-40～＋85℃功耗可抵达约15mW[12-13]。

2.选题背景及其意义

冰箱是深刻改变了人类生活的现代奇迹之一。在人们发明冰箱之前，保存肉类的唯一方法是腌制，大的提高冷冻器具在家庭医院旅馆餐厅和科研单位得到了广泛的应用。

随着国民经济的日益发展人民的生活水平有了很用较为普及的家用电器近年来随着微电子技术、传感器技术以及控制理论的发展其呈现迅猛发展电冰箱向大容量、多功能、无氟、节能、智能化、人性化方向发展因此传统的机械式、简单的电子控制难以满足现代冰箱的发展要求。电冰箱一般设有冷冻室和冷藏室。冷冻室的温度为:-

16～-

24

℃。冷藏室的温度为:2～8℃。电冰箱控制的主要任务就是保持箱内食品最佳温度达到食品保鲜[14-15]。

在这个课题上，我已经学过了模拟电子电路，单片机，电力电子等课程，做这个课题，可以使我不但巩固以前所学习的知识，更可以将知识运用到实际的操作中去，在理论知识和实际运用联系的同时，还能学习很多新的知识。

3.研究内容

（1）通过键盘对冰箱冷藏室的温度进行设定并显示，对连续速冷时间进行设置并显示。

（2）启动压缩机根据制冷时间进行制冷。

（3）制冷结束后，通过温度传感器对冷藏室温度进行检测并送入单片机与设定温度进行比较。

（4）单片机判断冷藏室检测到的温度是否在设定的范围内，并作出对压缩机的启，停操作。

（5）定期检测冷藏室温度和门开关状态，并进行开门延时1min报警。

4.工作特色及其难点，拟采取的解决措施

4.1工作特色

（1）采用先进的单片机控制，他体积小巧，携带方便

，通讯速度快，无须外接电源。

（2）温度传感器DS18B20是一款智能传感器，它可使系统结构更趋简单，可靠性更高。

（3）MOC3063光电耦合器具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点。

4.2难点

（1）单片机对温度传感器采集数据的收集与分析

（2）单片机键盘对液晶显示器的控制

4.3拟采取的解决措施

（1）通过编程，在实际系统中不断调试。

（2）多找相关资料，咨询教师。

（3）在图书馆中多寻找相关资料，阅读相关文献。

5.论文工作量及预期进度

2011/10/1——2011/10/29：

查找相关资料。

2011/10/29~2011/11/19：

写开题报告初稿。

2011/11/19~2011/12/20：

完成开题报告。

2012/1~2012/3：

正式研究课题。

2012/4~2012/5：

编写毕业论文。

2012/5：

毕业答辩准备和答辩。

6.预期成果及其可能的创新点

（1）

开发出一个相应的模拟系统；

（2）

实现利用功能键分别控制温度设定、冷藏室温度设定

（3）

具有开门超时报警功能

参考文献

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张心刚.冰箱的机械控温与电脑控温.现代家电.1999(2)

[2]

夏清川.电冰箱电子温控器原理及其应用.深圳惠盐高速公路有限公司，2000

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国力.从储物到保鲜——西门子电脑温控冰箱.中国食品.1999（13）

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路康.一种新型语音电冰箱控制器的设计[J].电子产品世界,2004(6)

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陈延奎.基于MCS-51

单片机的电冰箱控制器[J]

.电子工程师,2008(2)

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周兴华.冰箱节能温度控制器的制作[

J].电子世界,2003(5)-52-53.

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夏莉英,陈雁

.基于DS18B20的温度测控系统设计.

苏州职业大学.

微计算机信息,Microcomputer

Information,2011（01）

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李亚梅.字符型液晶显示的接口应用.石家庄经济学院信息工程系.2008(19)

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周俊.

浅析检测系统中的光电耦合技术.湖北职业技术学院,装备制造技术,2011(10)

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丘涛文.开关电源的发展及技术趋势[J].电力技术,2008,(06)

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李靖,魏琳.开关电源基本原理、发展和趋势[J].光盘技术,2008,(08)

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基于ADC0809和51单片机的多路数据采集系统设计[J].

电子元器件应用,2011,(05)

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夏莉英,陈雁.

基于ADC0809的模拟电压采样测量方法[J].

福建电脑,2008,(04)

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谈谈电冰箱[J].

初中生世界(初二物理版),2008,(Z5)

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[15]

许谷渊.

关于冰箱的知识[J].

世界科学,2006,(11)

.

指导教师意见

导师签名：*年*月*日

评议小组意见

1、论文选题：□有理论意义；□有工程背景；□有实用价值

□意义不大。

2、论文的难度：□偏高；□适当；□偏低。

3、论文的工作量：□偏大；□适当；□偏小。

4、设计或研究方案的可行性：□好；□较好；□一般；□不可行。

5、学生对文献资料及课题的了解程度：□好；□较好；□一般；□较差。

6、学生在论文选题报告中反映出的综合能力和表达能力：

□好；□较好；□一般；□较差。

7、学生在论文选题报告中反映出的创新能力：□好；□较好；

□一般；□较差。

8、对论文选题报告的总体评价：□好；□较好；□一般；□较差

（在相应的方块内作记号“√”）

院、系、所确定评议小组名单

（3-5人）

组长：

、

组员：

、

、

、

单位盖章

主管领导签名：*年*月*日

评

议

结

论

评议小组组长签名：

评议小组组员签名：*年*月*日